JP2010241198A - 車両状態制御装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵輪の転舵角と車両の傾動とを適切に協調させる。
【解決手段】車両状態制御装置は、車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じてロール方向に車体を傾動させる車体傾動部２０と、車輪を転舵させる運転者の運転操作量に対する車輪の転舵角を調整する舵角調整部４４と、車輪の転舵角を検出する操舵角検出部４３と、操舵角検出部４３が検出した車輪の転舵角の増加に基づいて、車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする制御部２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じて車体幅方向で車体を傾動させる技術に関する。

特許文献１では、ハンドル操舵に伴って旋回方向に車体を傾斜させる装置を開示している。

特開２００３−２６０６８号公報

ところで、特許文献１では、ハンドル操舵側の構成となる操舵装置と車体を傾動する構成となる車体傾動装置とを機械的に連結している。
そのため、転舵輪の転舵角（ハンドルの操舵角）が大きくなり旋回半径が小さくなったときに、車両の傾動量が必要以上に多くなる恐れがある。
例えば、道幅が狭い路地を走行したり、車庫入れする場合に、転舵輪の転舵角が大きくなると、傾動した車体が路地や車庫の側壁に干渉する等の不具合も生じてしまう恐れがある。
本発明の課題は、転舵輪の転舵角と車体の傾動量とを適切に協調させることである。

前記課題を解決するために、本発明は、運転者による車輪の転舵に応じてロール方向に車体を傾動させる際に、車輪の転舵角の増加に基づいて、車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする。

本発明によれば、転舵輪の転舵角と車両の傾動量とを適切に協調させることができる。

本実施形態の車両状態制御装置の車両への搭載状態を示す図である。 本実施形態の車両状態制御装置を車両上方からみた図である。 懸架部及び車体傾動部の構成を示す斜視図である。 車体傾動部の具体的構成を示す図である。 制御部のマップを示す図である。

（構成）
図１及び図２は、本発明を適用した車両状態制御装置の構成を示す。図１は、車両への車両状態制御装置の搭載状態を示す。図２は、車両上方からみた車両状態制御装置を示す。
図１及び図２に示すように、車両状態制御装置は、車両状態検出部１、制御部２及び車体傾動部２０を有する。この車両は、通常の車両と同様に、車体３に対して車輪４、操舵部４０及び懸架部５０を有する。

操舵部４０は、ステアリングホイール４１、ステアリングシャフト４２、操舵角検出部４３、舵角調整部４４、操舵量変換部４５、操舵用軸部材４６及び伝達連結部材４７を有する。
操舵角検出部４３は、ステアリングホイール４１の操舵角を検出する。例えば、操舵角検出部４３は舵角センサである。操舵角検出部４３は、検出した操舵角を制御部２に出力する。車両状態検出部１は、この操舵角検出部４３を含んでいる。

舵角調整部４４は、ステアリングホイール４１による操舵量を調整可能に構成されたものである。すなわち、舵角調整部４４は、ステアリングホイール４１からの入力角（操舵角）に対する出力角（テアリングシャフト又はピニオンの出力角）を変更可能に構成されたものである。例えば、舵角調整部４４は、ギア部として構成されている。例えば、舵角調整部４４は、遊星機構及びウォームギア機構等を有している。この舵角調整部４４により、最適なステアリング特性又は最適な転舵輪の転舵角特性にできる。

操舵量変換部４５は、ステアリングホイール４１の回転運動を操舵用軸部材４６の直線運動に変換する。例えば、操舵量変換部４５はステアリングシャフトの先端に取り付けられたピニオンである。また、操舵用軸部材４６はラックである。
伝達連結部材４７は、操舵用軸部材４６の直線運動を車輪（転舵輪）４に伝達するように構成されている。例えば、伝達連結部材４７は、タイロッド及びナックルアームである。
懸架部５０は、サスペンション、コイルばね及びショックアブソーバ（減衰部）を有する。本実施形態では、サスペンションは、ダブルウイッシュボーン式サスペンションである。

図３は、懸架部５０の構成例を示す。サスペンションは、上下一対の、Ｖ字型のアーム５１，５２で車体（車台）３に対して車輪４を懸架（連結）している。ショックアブソーバ５３は、その下部マウントをサスペンションの下側アーム５２に取り付けている。また、ショックアブソーバ５３は、その上部マウントを車体傾動部２０（具体的にはアーム部材２１ａの端部）に取り付けている。このショックアブソーバ５３は不図示のブラケットを備えており、このブラケットにより、ショックアブソーバ５３が挿通されているコイルばね５４を該ショックアブソーバ５３に取り付けている。
車体傾動部２０は、車両幅方向で車体を揺動可能に支持し、車体３を傾動させる。

図４は、車体傾動部２０の具体的構成を示す。車体傾動部２０は、傾動部２１及び傾動角調整部３０を有する。さらに、傾動角調整部３０は、駆動部３１及び回転角検出部３２を有する。駆動部３１は、傾動部２１を駆動する。
駆動部３１は、回転モータ３１ａ、カプラ３１ｂ及び減速機３１ｃを有する。また、回転角検出部３２は、例えば回転角センサである。車両状態検出部１は、この回転角検出部３２を含んでいる。

傾動角調整部３０では、取り付け部材３１ｄにより回転モータ３１ａを車体３に固定している。このとき、回転モータ３１ａの回転軸が車両前後方向と平行になるように該回転モータ３１ａを車体３に固定している。また、傾動角調整部３０では、取り付け部材３１ｅにより減速機３１ｃを車体３に取り付けている。車両前後方向で回転モータ３１ａと並ぶように減速機３１ｃを取り付けている。そして、傾動角調整部３０では、回転モータ３１ａの出力部と減速機３１ｃの入力部とをカプラ３１ｂにより連結している。減速機３１ｃの出力部（回転軸）に対して傾動部２１を取り付けている。

傾動部２１は、車両幅方向それぞれに伸びたアーム部材２１ａを回動自在に支持している。具体的には、傾動部２１は、車両前後方向に延び減速機３１ｃにより回転駆動される回転軸部材２１ｂを回転軸支持部材２１ｃにより回転自在に支持している。より詳しくは、傾動部２１では、回転軸部材２１ｂの減速機３１ｃ側の部位を一方の回転軸支持部材２１ｃで回転自在に支持しつつ、回転軸部材２１ｂの端部を他方の回転軸支持部材２１ｃで支持している。

傾動部２１では、このように回転支持している回転軸部材２１ｂにアーム部材２１ａを取り付けている。そして、傾動部２１では、前記図３に示すように、アーム部材２１ａの端部にショックアブソーバ５３の上端部（上部マウント）を取り付けている。アーム部材２１ａの端部にショックアブソーバ５３の上端部が回動自在となるように取り付けている。
前記図３では、アーム部材２１ａの一方の端部にのみショックアブソーバ５３を取り付けた構成になっている。しかし、実際には、図２に示すように、アーム部材２１ａの両端に、左右輪それぞれのショックアブソーバ５３を取り付けている。

以上のような構成をなす車体傾動部２０では、駆動部３１が回転駆動すると、その回転運動をカプラ３１ｂを介して減速機３１ｃに伝達する。減速機３１ｃは、入力される回転運動を所定比で減衰する。そして、傾動部２１では、回転軸部材２１ｂが回転され、アーム部材２１ａが車両前後方向に延びる回転軸を中心に回動する。このアーム部材２１ａの回動により、ショックアブソーバ５３の軸方向に力が作用する。

この結果、ショックアブソーバ５３の軸方向に作用する力が該ショックアブソーバ５３を縮めるように作用する場合、すなわちアーム部材２１ａの端部が地面に近づく場合、車両幅方向でそのアーム部材２１ａの端部が位置する車体側が上方に持ち上げられるようになる。すなわち、車両正面からみた場合にアーム部材２１ａが時計方向に回転するときには、車体３はその反対の反時計方向に回動し傾くようになる（傾動するようになる）。

車両状態検出部１は、車両状態を検出する。例えば、検出する車両状態とは、自車速、横加速度、車体の傾動角及びステアリングホイール４１の転舵角等である。車両状態検出部１は、その検出結果を制御部２に出力する。
制御部２は、車両状態検出部１、回転角検出部３２及び操舵角検出部４３の検出結果を基に、車体傾動部２０及び舵角調整部４４を制御する。制御部２は、車体傾動部２０（具体的には駆動部３１）に制御信号を出力して、回転モータ３１ａを駆動して車体３を所望の角度に傾動させる。また、制御部２は、舵角調整部４４を制御して、ステアリングホイール４１による操舵量を調整する。

例えば、制御部２は、車両状態検出部１の検出結果から、転舵輪の転舵角が大きくなるほど（大舵角操舵時）、その舵角方向に傾く車体の傾動角を大きくする。
また、例えば、制御部２は、車両状態検出部１の検出結果から、車速が大きい状態（中速〜高速程度）で、横加速度が大きく、かつ転舵角が大きいとき（大舵角操舵時）、その舵角方向への車体の傾動角を大きくする。また、制御部２は、車両状態検出部１の検出結果から、車速が小さい状態（低速）で、かつ転舵角が小さいとき（小舵角操舵時）、その舵角方向への車体の傾動角を小さくする。

図５は、制御部２が有するマップ（制御マップ）の例を示す。図５に示すように、横軸が車体傾動角となり、縦軸が車輪舵角となっている。そして、車体傾動角及び車輪舵角を各上限値により規制している。車体傾動角の上限値は、最大車体傾動角となる。また、車輪舵角（転舵角）の上限値は、最大車輪舵角（最大車輪転舵角）となる。最大車体傾動角及び最大車輪舵角はそれぞれ、車両要件から決められた値となる。このような上限値の設定により、車体傾動角及び車輪舵角は、設定された上限値の範囲内で変化するようになる。

そして、マップでは、車体傾動角と車輪舵角とに角度規制線を設けている。具体的には、マップでは、最大車輪舵角における、ある車体傾動角をＰ点にとり、最大車体傾動角における、ある車輪舵角をＱ点にとっている。Ｐ点での車体傾動角は、最大車体傾動角よりも小さい値になる。また、Ｑ点での車輪舵角は、最大車輪舵角よりも小さい値になる。そして、マップでは、そのようなＰ点及びＱ点を結ぶ直線であるＲ線を角度規制線としている。

これにより、車体傾動角と車輪舵角との関係がある関係になったとき、角度規制線Ｒにより車体傾動角や車輪舵角が規制を受けるようになる。
例えば、車輪舵角基準の場合において、車輪舵角がα１（＞Ｑ点の車輪舵角）のときには、最大車体傾動角は、角度規制線Ｒにより規制されてβ１になる。β１は、Ｑ点の車輪舵角よりも小さい車輪舵角のときの最大車体傾動角よりも小さい値となる。ここで、車輪舵角基準とは、車輪舵角を規制の基準とすること、すなわち、車輪舵角に応じて車体傾動角を規制する場合をいう。

また、例えば、車体傾動角基準の場合において、車体傾動角がβ１（＞Ｐ点の車体傾動角）のときには、最大車輪舵角は、角度規制線Ｒにより規制されてα１になる。α１は、Ｐ点の車体傾動角よりも小さい車体傾動角のときの最大車体傾動角よりも小さい値となる。ここで、車体傾動角基準とは、車体傾動角を規制の基準とすること、すなわち、車体傾動角に応じて車輪舵角を規制する場合をいう。
このマップによれば、車輪舵角がある程度大きくなると（＞Ｑ点の車輪舵角）、最大車体傾動角が小さくなる。また、車体傾動角がある程度大きくなると（＞Ｐ点の車体傾動角）、最大車輪舵角が小さくなる。

（動作）
車両状態制御装置は、車両状態検出部１、回転角検出部３２及び操舵角検出部４３の検出結果を基に、車体傾動部２０及び舵角調整部４４を制御する。具体的には、車両状態制御装置は、車体傾動部２０（具体的には駆動部３１）に制御信号を出力して、車体３を所望の角度に傾動させる。また、車両状態制御装置は、舵角調整部４４を制御して、ステアリングホイール４１による操舵量を調整する。
このとき、車両状態制御装置は、車輪舵角がある程度大きくなると、最大車体傾動角を小さくする。また、車両状態制御装置は、車体傾動角がある程度大きくなると、最大車輪舵角を小さくする。
例えば、傾動動作は、主として旋回等により横加速度が発生するような場合、すなわち、主に中速〜高速走行・小舵角操舵時に、その効果を発揮する。

一方、低速走行・大舵角操舵で、狭い路地を走行したり、車庫入れをしたりすることが挙げられる。このような低速走行・大舵角操舵時に傾動動作を行うと、傾斜した車体が路地や車庫の側壁に干渉してしまう恐れがある。
ここで、前記特許文献１では、ハンドル操舵側の構成となる操舵装置と車体を傾動する構成となる車体傾動装置とを機械的に連結している。そのため、ハンドル操舵の量に応じて一義的に車体が旋回方向に傾斜してしまう。よって、前記特許文献１の技術では、低速走行・大舵角操舵時に車体を傾斜させない方が良い場合でも、その傾動動作により車体を傾けてしまう。

これに対して、本実施形態では、車輪舵角及び車体傾動角の何れか一方の値がある程度大きくなると、車輪舵角及び車体傾動角の何れか他方の値の最大値（最大車輪舵角又は最大車体傾動角）を小さくしている。
これにより、車輪舵角が大きいときには車体傾動角の最大値（最大車体傾動角）が小さくなるため、低速走行・大舵角操舵時のように車体を傾斜させない方が良い場合に、車体の傾動量を抑制できる。この結果、傾斜した車体が路地や車庫の側壁に干渉してしまうのを防止できる。

（実施形態の変形例）
（１）本実施形態では、サスペンション形式がダブルウイッシュボーン式となっている。しかし、懸架手段はダブルウイッシュボーン式に限定されるものではない。
（２）本実施形態では、前輪側に車体傾動部２０を設けている。しかし、後輪側又は前後共に車体傾動部を設けることもできる。
（３）舵角調整部４４は、車体の傾動量を基に、ステアリングホイール４１による操舵量を調整することもできる。この場合、舵角調整部４４は、回転角検出部３２の検出値等から車体の傾動量を検出する。例えば、車体の傾動量が多くなるほど、ステアリングホイール４１の操舵量の変化量に対する転舵輪の転舵角の変化量を少なくする。

（４）前記図５では、規制線Ｒを直線としている。しかし、車両の特性に応じて、規制線Ｒを曲線や、直線と曲線の組合せとすることもできる。
なお、本実施形態では、車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じてロール方向に車体を傾動させる車両状態制御方法において、前記車輪の転舵角の増加に基づいて、前記車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする車両状態制御方法を実現する。
また、本実施形態では、車体傾動部２０が車体傾動手段及び傾動連結部に対応し、舵角調整部４４が転舵角調整手段に対応し、操舵角検出部４３が車輪転舵角検出手段に対応し、制御部２が最大値制限手段に対応し、回転角検出部３２が傾動量検出手段に対応し、操舵量変換部４５が操舵量変換部に対応し、伝達連結部材４７が伝達連結部材に対応する。

（本実施形態の効果）
（１）車体傾動手段は、車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じてロール方向に車体を傾動させる。
また、転舵角調整手段は、車輪を転舵させる運転者の運転操作量に対する車輪の転舵角を調整する。
また、車輪転舵角検出手段は、車輪の転舵角を検出する。
そして、最大値制限手段は、前記車輪転舵角検出手段が検出した車輪の転舵角の増加に基づいて、前記車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする。
このように、車両状態制御装置は、運転者による車輪の転舵に応じてロール方向に車体を傾動させる際に、車輪の転舵角の増加に基づいて、車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする。
これにより、車輪の転舵角が大きいときに、不用意に車体の傾動量が大きくなることを防止できる。
この結果、転舵輪の転舵角と車両の傾動量とを適切に協調させることができる。

（２）車輪転舵角検出手段は、運転者が車輪を転舵させるために操作する操作手段の操作量、又は転舵角調整手段を駆動する転舵角制御信号を基に、車輪の転舵角を検出する。
これにより、確実かつ正確に車輪の転舵角を検出できる。
（３）車両状態制御装置は、車体の傾動量を検出する傾動量検出手段を備える。
そして、最大値制限手段は、前記傾動量検出手段が検出した車体の傾動量の増加に基づいて、前記車輪の転舵角の可変範囲の最大値を小さくする。
これにより、車体の傾動量が大きいときに、不用意に車輪の転舵角が大きくなることを防止できる。
この結果、転舵輪の転舵角と車両の傾動量とを適切に協調させることができる。

（４）傾動量検出手段は、車体の傾き角、車体傾動手段の構成部材の動作、又は車体傾動手段を駆動する傾動角制御信号を基に、車体の傾動量を検出する。
これにより、確実かつ正確に車体の傾動量を検出できる。
（５）車台は、車輪と懸架手段を介して連結する。
また、傾動連結部材は、前記車体を前記車台に対して傾動可能に連結する。
さらに、操舵量変換部は、前記車体に固定され、前記運転者の車輪を転舵させる運転操作量を、車幅方向の変位に変換する。
そして、伝達連結部材は、前記変換された車幅方向変位を車輪に伝達して該車輪を転舵する。

（６）車体傾動手段は、車輪を転舵させる運転者の運転操作を基に制御される回転モータ（回転モータ３１ａ）と、回転モータにより駆動されて、車両前後方向に平行な軸を回転中心として回動する回動部材（アーム部材２１ａ）と、を備える。
ここで、回動部材の前記回転中心から径方向に延びる端部には、車輪のショックアブソーバ（ショックアブソーバ５３）の一端が取り付けてある。
そして、車体傾動手段は、回転モータを回転させて回動部材を回動させることで回動部材の端部からショックアブソーバの一端に力を伝えて、車体を傾動させる。
これにより、車体を確実に傾動させることができる。

１ 車両状態検出部、２ 制御部、２０ 車体傾動部、４３ 操舵角検出部、４４ 舵角調整部

Claims (7)

1. 車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じてロール方向に車体を傾動させる車体傾動手段と、
   車輪を転舵させる運転者の運転操作量に対する車輪の転舵角を調整する転舵角調整手段と、
   前記車輪の転舵角を検出する車輪転舵角検出手段と、
   前記車輪転舵角検出手段が検出した車輪の転舵角の増加に基づいて、前記車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくする最大値制限手段と、
   を備えることを特徴とする車両状態制御装置。
2. 前記車輪転舵角検出手段は、運転者が車輪を転舵させるために操作する操作手段の操作量、又は前記転舵角調整手段を駆動する転舵角制御信号を基に、前記車輪の転舵角を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両状態制御装置。
3. 車体の傾動量を検出する傾動量検出手段を備え、
   前記最大値制限手段は、前記傾動量検出手段が検出した車体の傾動量の増加に基づいて、前記車輪の転舵角の可変範囲の最大値を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両状態制御装置。
4. 前記傾動量検出手段は、車体の傾き角、前記車体傾動手段の構成部材の動作、又は前記車体傾動手段を駆動する傾動角制御信号を基に、前記車体の傾動量を検出することを特徴とする請求項３に記載の車両状態制御装置。
5. 車輪と懸架手段を介して連結する車台と、
   前記車体を前記車台に対して傾動可能に連結する傾動連結部材と、
   前記車体に固定され、前記運転者の車輪を転舵させる運転操作量を、車幅方向の変位に変換する操舵量変換部と、
   前記変換された車幅方向変位を車輪に伝達して概車輪を転舵する伝達連結部材と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両状態制御装置。
6. 前記車体傾動手段は、車輪を転舵させる運転者の運転操作を基に制御される回転モータと、前記回転モータにより駆動されて、車両前後方向に平行な軸を回転中心として回動する回動部材と、を備え、
   前記回動部材の前記回転中心から径方向に延びる端部には、車輪のショックアブソーバの一端が取り付けてあり、
   前記車体傾動手段は、前記回転モータを回転させて回動部材を回動させることで、車体を傾動させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両状態制御装置。
7. 車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じてロール方向に車体を傾動させる車両状態制御方法において、
   前記車輪の転舵角の増加に基づいて、前記車体の傾動の可変範囲の最大値を小さくすること、
   を特徴とする車両状態制御方法。

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